CN114426093B - 一种无人机随动襟翼系统及无人机的机翼和无人机 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种无人机随动襟翼系统，包括第一耳片摇臂和第二耳片摇臂，分别固定在襟翼和机翼主体上；滑杆，按长度方向依次包括滑杆连接部，抵靠部，弹簧部，所述滑杆连接部转动连接在第一耳片摇臂上，所述抵靠部位于所述弹簧部和滑杆连接部之间，且所述抵靠部的径向尺寸大于所述弹簧部的径向尺寸；套筒，与所述滑杆同轴，包括套筒连接部和筒身，所述套筒连接部转动连接在所述第二耳片摇臂上，所述滑杆的所述弹簧部可滑动的穿入所述筒身；弹簧，套在所述弹簧部上，一端固定在所述抵靠部，另一端固定在所述筒身的端头；当所述第一耳片摇臂随所述襟翼移动时，牵动所述滑杆移动，使所述弹簧部在所述筒身内移动，进而改变所述弹簧的拉伸长度。

Description

一种无人机随动襟翼系统及无人机的机翼和无人机
技术领域
本申请涉及无人机领域，尤其涉及一种无人机的随动襟翼系统及适用于该系统的无人机。
背景技术
随着无人机技术的发展，中小型固定翼无人机逐步进入人们的视野，在测绘、航拍、农业、救援等领域均具有重要的作用。其中，飞机襟翼作为飞行控制中的部件，一般是指布置在机翼内侧后缘的活动翼面，通过向下偏转增大机翼升力系数，提升飞机低速巡航以及起降阶段的飞行性能。但在较高速度巡航飞行时，机翼偏转会导致气动阻力增加，此时要求襟翼收回，起到减阻作用。但是中小型固定翼或复合翼无人机对全机重量和成本控制要求高，大多数没有设计襟翼，从而避免了制造独立的襟翼及安装相应的舵机系统，以节省结构重量、降低系统复杂度。然而这种设计方式却使得飞机的升力有所降低，低速飞行性能下降。
发明内容
基于上述背景技术的问题，本申请提供了一种无人机随动襟翼系统，包括：耳片摇臂，包括第一耳片摇臂和第二耳片摇臂，分别固定在襟翼和机翼主体上；滑杆，按长度方向依次包括滑杆连接部，抵靠部，弹簧部，上述滑杆连接部转动连接在第一耳片摇臂上，上述抵靠部位于上述弹簧部和滑杆连接部之间，且上述抵靠部的径向尺寸大于上述弹簧部的径向尺寸；套筒，与上述滑杆同轴，包括套筒连接部和筒身，上述套筒连接部转动连接在上述第二耳片摇臂上，上述滑杆的上述弹簧部可滑动的穿入上述筒身；弹簧，套在上述弹簧部上，一端固定在上述抵靠部，另一端固定在上述筒身的端头；当上述第一耳片摇臂随上述襟翼移动时，牵动上述滑杆移动，使上述弹簧部在上述筒身内移动，进而改变上述弹簧的拉伸长度。
进一步地，上述滑杆连接部与上述第一耳片摇臂，上述套筒连接部与上述第二耳片摇臂，均通过轴承转动连接。
进一步地，当无人机处于大于或等于1.3倍失速速度飞行时，上述襟翼与上述机翼截面间夹角为180°，上述襟翼处于受力平衡状态，上述弹簧处于最大拉伸状态。
进一步地，当无人机由飞行速度上升时，上述襟翼升力增大，上述襟翼与上述机翼截面间夹角增大，上述弹簧所受的拉力变大。
进一步地，当无人机处于1.1倍的失速速度飞行时，上述襟翼升力减小，上述襟翼与上述机翼间夹角减小至最小角度，上述弹簧所受的拉力减小，弹簧长度最短。
进一步地，上述弹簧部的长度大于上述弹簧的最大变形时的长度，以保证为当上述弹簧变形至最大时，上述弹簧部末端在上述筒身内。
进一步地，根据无人机在1.1倍失速速度V1飞行时，计算上述襟翼的大偏角气动铰链力矩M1，结合上述第一耳片摇臂半径r1，计算上述弹簧的拉力为M1/r1，此时上述第一耳片摇臂与上述第二耳片摇臂连接点的距离为X1。
根据无人机在1.3倍失速速度V2飞行时，计算上述襟翼的小偏角气动铰链力矩M2，结合上述第一耳片摇臂半径r1参数，计算上述弹簧的拉力为M2/r1,此时上述第一耳片摇臂与上述第二耳片摇臂连接点的距离为X2。
计算上述弹簧的弹性系数K＝(M2/r1-M1/r1)/(X2-X1)，选择相应弹簧。
本申请还涉及了一种无人机的机翼，包括：机翼主体；襟翼，上述襟翼的顶端与上述机翼主体铰接；如上述的无人机随动襟翼系统，且上述第一耳片摇臂和第二耳片摇臂分别固定在襟翼和机翼主体上。
本申请还涉及一种无人机，安装如上述的无人机的机翼。
本申请的有益效果如下：
本申请中无人机随动襟翼系统采用结构简单、无需舵机等结构，减少了重量，且随飞行速度可自动收放襟翼，可以兼顾飞行性能、重量与成本的多种需求，提升飞机低速性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图，而并不超出本申请要求保护的范围。
图1为本申请第一实施例中的无人机随动襟翼系统在无人机安装的侧面示意图。
图2为无人机在巡航速度飞行时，本申请第一实施例中的随动襟翼系统的结构示意图。
图3为无人机在低速飞行时，本申请第一实施例中的随动襟翼系统的结构示意图。
图中，1为襟翼、2为第一耳片摇臂，3为滑杆连接部，4为滑杆，5为弹簧，6为套筒，7为机翼主体，8第二耳片摇臂，4.1为抵靠部，4.2为弹簧部，4.21为弹簧部末端。6.1为套筒连接部，6.2为筒身。
具体实施方式
下面结合本申请实施例中的附图，对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
图1为本申请第一实施例中的无人机随动襟翼系统在无人机安装的侧面示意图。如图1所示，襟翼的安装如同大部分飞机一样，安装在机翼主体上，利用襟翼的转动，与机翼主体之间形成不同的夹角，以控制飞机的飞行性能。
图2为无人机在巡航速度飞行时，本申请第一实施例中的随动襟翼系统的结构示意图。如图2所示，1为襟翼、2为第一耳片摇臂，3为滑杆连接部，4为滑杆，5为弹簧，6为套筒，7为机翼主体，8第二耳片摇臂，4.1为抵靠部，4.2为弹簧部，4.21为弹簧部末端。6.1为套筒连接部，6.2为筒身。
如图2所示，第一耳片摇臂2和第二耳片摇臂8，分别固定在襟翼1和机翼7的主体上。滑杆4，按长度方向依次包括滑杆连接部3，抵靠部4.1，弹簧部4.2，滑杆连接部3转动连接在第一耳片摇臂2上，即滑杆4与第一耳片摇臂2之间可以转动。抵靠部4.1位于滑杆连接部3和弹簧部4.2之间，且如图抵靠部4.1径向尺寸大于弹簧部4.2的径向尺寸。套筒6与滑杆4同轴，包括套筒连接部6.1和筒身6.2，套筒连接部6.1转动连接在第二耳片摇臂8上，即套筒连接部6.1与第二耳片摇臂8之间可以转动，且滑杆的弹簧部4.2的部分能够可滑动地穿入筒身6.2。滑杆弹簧部4.2的长度大于弹簧5的最大变形时的长度，需保证在弹簧受拉变形至最大时，滑杆的弹簧部末端4.21不会滑出筒身6.2。当然也可在套筒内设置单向限位装置，保证滑杆的弹簧部末端4.21不会滑出筒身6.2。弹簧5，套在滑杆的弹簧部4.2上，一端固定在抵靠部4.1上，另一端固定在筒身6.2上。
当飞行状态变化时，襟翼1受到升力等影响会发生转动，与机翼主体7之间形成不同夹角，因此当第一耳片摇臂2随襟翼1转动时，牵动所述滑杆4移动，使弹簧部4.2在6.2筒身内移动，进而改变弹簧的拉伸长度。
其中滑杆连接部4.1和套筒连接部6.1分别与第一耳片摇臂2和第二耳片摇臂8，通过轴承转动连接，即绕轴承的中心轴转动连接。
图2显示为无人机巡航速度时，定义此时的速度为大于或等于1.3倍失速速度，此时的无人机襟翼1处于小角度(如180°)偏转的平衡状态，此时襟翼所受的气动力和弹簧力平衡，此时弹簧5处于最大受拉状态。通过设计弹簧弹性系数，可以实现当无人机飞行速度大于某一量值时(可取范围为1.3倍失速速度以上)，襟翼处于180°位置。
当无人机由低速变为高速飞行时，襟翼1升力增大，襟翼1与机翼主体7间截面间夹角增大，弹簧5所受的拉力变大。襟翼1沿着前缘转轴顺时针转动，弹簧受拉变形至最大，滑杆4从套筒6内逐渐滑出，其中滑杆4具有一定的长度，滑杆末端4.21处于筒身6.2内，防止滑杆末端4.21滑脱。
图3显示为无人机低速飞行的襟翼随动装置，可定义1.1-1.3倍的失速速度为低速飞行状态，襟翼的气动铰链力矩减小，弹簧拉动襟翼向下转动。此时襟翼1处于小升力和稍大角度(如a＝30°)偏转的平衡状态。当无人机由高速变为低速飞行时，襟翼升力减小，弹簧5所受的拉力变小，襟翼1沿着前缘转轴逆时针转动，弹簧5长度变短，滑杆4更多的滑动到套筒6内。且在1.1倍失速速度时襟翼偏度达到设计的最大值，弹簧所受拉力减小，弹簧长度最短。
采用本申请实施例中的无人机随动襟翼有益效果如下：
本申请设计升力线性变化自适应的随动襟翼机构，达到无人机小速度时的襟翼随动大偏转，实现低速时机翼弯度相对增大；无人机大速度时的襟翼随动小偏转，实现高速时机翼弯度相对减小；在随动襟翼随升力线性偏转的全过程中持续改变机翼的一定弯度，进一步提高升阻比，结构简单，无能耗，使用维护性好。
设计本申请中随动襟翼系统的方法如下：
根据飞机低速V1时(1.1倍失速速度)和设计的襟翼大偏角等气动参数，计算出襟翼大偏角的气动铰链力矩M1，结合第一耳片摇臂2半径r1参数，得到匹配的随动弹簧的拉力为M1/r1，此时第一耳片摇臂2与第二耳片摇臂8连接点的距离为X1。
根据飞机高速V2时(1.3倍失速速度)和设计的襟翼小偏角等气动参数，计算出襟翼小偏角的气动铰链力矩M2，结合第一耳片摇臂2半径r1参数，得到匹配的随动弹簧的拉力为M2/r1,此时第一耳片摇臂2与第二耳片摇臂8连接点的距离为X2。
根据以上参数，可以完成最终弹簧装置的设计或选型，弹簧弹性系数K＝(M2/r1-M1/r1)/(X2-X1)，实现升力线性变化时的襟翼随动线性偏转。
本申请还涉及到一种无人机的机翼，包括机翼主体，襟翼，襟翼的顶端与机翼主体铰接。且上述的无人机随动襟翼系统中的第一耳片摇臂和第二耳片摇臂分别固定在襟翼和机翼主体上。
本申请还涉及到应用此无人机机翼无人机。
以上对本申请实施例进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想。因此，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (8)

1.一种无人机随动襟翼系统，其特征在于，包括：
耳片摇臂，包括第一耳片摇臂和第二耳片摇臂，分别固定在襟翼和机翼主体上；
滑杆，按长度方向依次包括滑杆连接部、抵靠部和弹簧部，所述滑杆连接部转动连接在所述第一耳片摇臂上，所述抵靠部位于所述弹簧部和滑杆连接部之间，且所述抵靠部的径向尺寸大于所述弹簧部的径向尺寸；
套筒，与所述滑杆同轴，包括套筒连接部和筒身，所述套筒连接部转动连接在所述第二耳片摇臂上，所述滑杆的所述弹簧部可滑动的穿入所述筒身；
弹簧，套在所述弹簧部上，一端固定在所述抵靠部，另一端固定在所述筒身的端头；
当所述第一耳片摇臂随所述襟翼移动时，牵动所述滑杆移动，使所述弹簧部在所述筒身内移动，进而改变所述弹簧的拉伸长度；襟翼升力增大时，所述弹簧所受的拉力变大；襟翼升力减小时，所述弹簧所受的拉力变小；
根据无人机在1.1倍失速速度V1飞行时，计算所述襟翼的大偏角气动铰链力矩M1，结合所述第一耳片摇臂半径r1，计算所述弹簧的拉力为M1/ r1，此时所述第一耳片摇臂与所述第二耳片摇臂连接点的距离为X1；
根据无人机在1.3倍失速速度V2飞行时，计算所述襟翼的小偏角气动铰链力矩M2，结合所述第一耳片摇臂半径r1参数，计算所述弹簧的拉力为M2/ r1, 此时所述第一耳片摇臂与所述第二耳片摇臂连接点的距离为X2；
计算所述弹簧的弹性系数K=（M2/ r1- M1/ r1）/（X2- X1），选择相应弹簧。
2.如权利要求1所述的无人机随动襟翼系统，其特征在于，
所述滑杆连接部与所述第一耳片摇臂通过轴承转动连接，所述套筒连接部与所述第二耳片摇臂通过轴承转动连接。
3.如权利要求2所述的无人机随动襟翼系统，其特征在于，
当无人机处于大于或等于1.3倍失速速度飞行时，所述襟翼与所述机翼截面间夹角为180°，所述襟翼处于受力平衡状态，所述弹簧处于最大拉伸状态。
4.如权利要求2所述的无人机随动襟翼系统，其特征在于，
当无人机飞行速度上升时，所述襟翼升力增大，所述襟翼与所述机翼截面间夹角增大，所述弹簧所受的拉力变大。
5.如权利要求2所述的无人机随动襟翼系统，其特征在于，
当无人机处于1.1倍的失速速度飞行时，所述襟翼升力减小，所述襟翼与所述机翼间夹角减小至最小角度，所述弹簧所受的拉力减小，弹簧长度最短。
6.如权利要求4所述的无人机随动襟翼系统，其特征在于，所述弹簧部的长度大于所述弹簧的最大变形时的长度，以保证为当所述弹簧变形至最大时，所述弹簧部末端在所述筒身内。
7.一种无人机的机翼，其特征在于，包括：
机翼主体；
襟翼，所述襟翼的顶端与所述机翼主体铰接；
权利要求1~6任一项所述的无人机随动襟翼系统，所述第一耳片摇臂和第二耳片摇臂分别固定在所述襟翼和机翼主体上。
8.一种无人机，安装有如权利要求7所述的机翼。
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